USB充電規範——BC1.2 中文詳解

BC1.2定義

BC1.2 (Battery Charging v1.2)是USB-IF下屬的BC(Battery Charging)小組制定的協議,主要用於規範電池充電的需求,該協議最早基於USB2.0協議來實現。

 

BC1.2充電端口

USB2.0協議規定外設從USB充電器抽取電流的最大值爲500mA,500mA的電流限制無法滿足日益增長的快充需求。因此,BC1.2引入了充電端口識別機制,主要包括以下幾個USB端口類型:

1.標準下行端口(SDP)

SDP端口支持USB協議,最大電流500mA,可以認爲SDP就是普通的USB接口

2.專用充電端口(DCP)

DCP不支持數據協議,支持快充,可以提供大電流,DCP主要用於牆充等專用充電器

3.充電下行端口(CDP)

CDP既支持數據協議也支持快充

 

BC1.2協議識別過程

1、VBUS Detect Vbus 檢測

PD(portable device,便攜式設備)中有個檢測VBUS是否有效的電路,電路有一個參考值,高於這個值就認爲是VBUS有效了,參考值不固定一般在0.8V~4V之間

2、Data Contact Detect 數據連接檢測

這個階段不是必須的,因爲USB端口可能支持數據協議也可能不支持。如果這個階段超時900ms還沒檢測到D+或ID PIN的連接,就要求必須開始進行Primary Detection。

3、Primary Detection 首次檢測

該階段主要作用是判斷端口是充電口還是數據口:

首先將PD+拉高至0.6V,然後檢測PD-的電壓,如果小於規定的參考電壓則端口是數據口SDP;如果大於參考電壓則是充電口CDP或者DCP。

4、Secondary Detection 二次檢測

該階段作用是確認充電口能否支持數據協議,即區分CDP和DCP:

首先將PD-拉高至0.6V,然後檢測PD+的電壓,如果小於規定的參考電壓則端口是CDP;如果大於規定的參考電壓說明端口是DCP。

 

下圖是CDP端口的識別過程,經過首次檢測後,進入二次檢測階段,首先將PD-拉高,然後判斷PD+的電壓小於參考電壓0.4V,說明端口是CDP端口。

 

私有快充協議

由於BC1.2並非強制性協議,許多廠家基於BC1.2研發了自己的私有快充協議。比如高通的QC2.0/QC3.0,聯發科的PE(Pump Express)/PE+。由於充電功率和電壓電流相關P=UI,提高電壓或者電流就可以提高充電功率,在電池容量一定的情況下,功率越大充電速度越快。高通的QC2.0/QC3.0和聯發科的PE快充方案技術原理是一樣的,都是通過增大充電電壓來提高充電功率。

 

下圖是高通High Voltage DCP協議識別過程,可以看出首次檢測和二次檢測符合BC1.2的規定,初始的VBUS電壓爲5V,在識別出DCP端口後將VBUS拉高至9V。QC2.0支持5V、9V、12V三擋電壓,QC3.0在此基礎上細分了電壓檔以200mV爲一檔,同時拓寬電壓範圍至3.6V~20V。

 

線損補償

由U=IR 知道充電電流越大,USB充電線上的壓降也就越大。尤其在車載設備上,隨着USB線的增長或者充電電流的增大,到達手機端的電壓很可能達不到5V,可以通過線損補償來解決此類問題。

 

現狀及發展趨勢

 

現行快充技術主要分爲兩大陣營:低壓快充高壓快充

低壓快充以OPPO的VOOC閃充爲代表,通過增大充電電流的方式來提高充電功率。

優點:發熱量小、能量轉換效率高

缺點:硬件需要定製,成本高,兼容性差

高壓快充以高通QC2.0爲代表,其他廠家技術原理和高通一樣都是基於BC1.2,通過增大充電電壓來提高充電功率。

優點:兼容性好、繼承性好、穩定

缺點:發熱量大,能量轉換效率低

目前高通的快充方案佔領大部分市場,但是隨着USB-IF組織推出PD協議(Power Delivery 功率傳輸協議),有望統一快充市場。PD充電協議最大功率可支持100W,能滿足手機甚至筆記本的充電需求,PD支持雙向電能傳輸和組網供電策略,最新的QC4.0已經支持PD快充協議。

 


參考:

https://blog.csdn.net/liglei/article/details/22852755

https://zhuanlan.zhihu.com/p/25588452

https://blog.csdn.net/stoic163/article/details/79291420

 

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